沉井法基本信息

學科：坑探工程

詞目：沉井法

英文：open-caisson method

在地面下沉預(yù)制井筒的施工方法。在井口位置，預(yù)制好沉井刃腳和一段井壁，邊掘邊沉,再在地面澆筑,接長井壁，繼續(xù)下沉。此法開始多用于水利工程，工藝簡單，通常采用磚井壁，人工挖掘，自重下沉。沉井深度一般僅20m左右。1839年法國創(chuàng)造了壓氣沉井法,因下沉深度有限，并有損工人健康，到20世紀50年代漸被淘汰。1894年德國創(chuàng)造了淹水沉井法。1944年日本向沉井壁后施放壓縮空氣，減少井壁與土層的摩擦阻力獲得成功。1952年匈牙利和瑞士創(chuàng)造了觸變泥漿液體減阻的新方法。中國于1958年創(chuàng)造了震動沉井法；1969年起采用壁后泥漿淹水沉井，建成了30多個井筒，最深井達192.5m。

由套井、井壁和刃腳三部分組成。套井(即鎖口)是靠近地表預(yù)先作好的一段大于沉井外徑1.5m左右的井筒，用以保護井口，安設(shè)導(dǎo)向裝置和貯存減阻材料。沉井井壁就是井筒的永久井壁，應(yīng)有足夠的強度，并滿足下沉所需的重量。一般為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，壁厚1m左右，隨沉井下沉不斷在井口澆筑接長。刃腳位于沉井井壁最下端，多用鋼材制造，刃尖角通常為 30°，刃腳高3m，刃腳外半徑比井壁外半徑大100～300mm，以便下沉后在井壁四周形成一個環(huán)形空間。

施工時沉井利用鋼刃腳插入土層，工作面不斷破土排渣，依靠井壁自重不斷下沉，當沉井刃腳達到基巖后，即行封底與壁后注漿固井。

按井內(nèi)淹水與否分為不淹水沉井和淹水沉井兩種。淹水沉井又分壁后泥漿淹水沉井和壁后施放壓氣淹水沉井。按井壁下沉動力可分為自重沉井和加載沉井。后者又分為震動沉井和壓水沉井。

不淹水沉井 在沉井內(nèi)排水，工人在井底工作面掘進。除井壁在地面澆筑、隨掘進隨下沉外，其他工序和普通鑿井法相同。由于排水造成井內(nèi)外壓力不平衡，下沉深度受到限制，本法不宜在涌水大、流砂層厚的表土層采用。

沉井法淹水沉井

特點是：井內(nèi)淹水，保持井內(nèi)外壓力平衡，可防止涌砂冒泥；壁后灌注減阻介質(zhì)；掘進與排渣均在水下完成；一般采用水槍或鉆機破土、壓氣排液器排渣。該法工藝較簡單，需用設(shè)備少,機械化程度高,工人不下井，作業(yè)條件好，成本較低，除礫卵石層外，一般均可采用。但由于量測和糾偏技術(shù)尚未完全解決，沉井下沉速度和偏斜程度較難掌握，往往影響工期。

壁后泥漿淹水沉井 在整個施工過程中保持井筒內(nèi)淹水水位高于地下水位 1～2m。在沉井壁后環(huán)形空間灌注觸變泥漿，它是以膨潤土為主要原料，加水和化學處理劑（堿、羧甲基纖維素）混合攪拌而成的一種液態(tài)減阻材料，其特性是靜止時為不易流動的凝膠狀態(tài)，攪動時變成易于流動的溶膠狀態(tài)。通過埋設(shè)在井壁內(nèi)的管路，將觸變泥漿灌注在沉井壁后的環(huán)形空間內(nèi)，把井壁和地層隔開，借助泥漿柱壓力，維護土層穩(wěn)定，防止塌陷并可在沉井下沉時減少沉井外壁的摩擦阻力。用觸變泥漿減阻，經(jīng)濟效益較好；但在恢復(fù)井壁與土層的固著力和保證泥漿護壁的可靠性方面，還有待研究改進。

壁后壓氣淹水沉井 在沉井外壁上，按壓縮空氣可能克服的作用面積，預(yù)留氣龕，在氣龕底部設(shè)噴氣小孔與井壁內(nèi)的壓氣管路相連，構(gòu)成施放壓氣的通道。沉井需下沉時，按施工的要求壓力依次打開管路閥門，壓氣由噴氣孔噴出,沿井壁外圍擴散上升,形成一個空氣帷幕，減少周邊的摩擦阻力，促使井筒下沉（見圖）。該法可控制施放壓氣的時間，有利于控制井筒偏斜。日本用本法施工，最深沉井達200.3m，偏斜僅為0.1%。 沉井法

沉井法震動沉井

在預(yù)制的薄壁長段井筒上部裝有井帽，在其上安置震動機，帶動井筒震動，加大井筒的下沉力，并促使井壁四周土壤液化,減少沉井周邊的摩擦阻力,加快下沉速度。本法由建橋工程使用的震動管柱法移植而來，自1958年起，在中國淮北礦區(qū)用該法相繼建成了十多個井筒，優(yōu)點是機械化程度高，成井速度快，成本低。由于震動機的加載有一定限度，在遇到礫卵石層時，井壁容易斷裂，且地面及井筒周圍受震動影響，適用條件受到限制。 壓水沉井 加載沉井的另一種形式，在沉井刃腳上增設(shè)傘形鋼結(jié)構(gòu)底罩,把井筒和刃腳隔開，傘上灌水,增加荷載。傘下作為破土排渣的空間，破土使用五組裝在刃腳四周斜面處和傘頂部的固定水槍，泥渣水自傘頂中心的排渣管排出。本法在中國開灤建井工程處首次試用，下沉深度達30.1m。

就沉井的使用材料分，有木沉井，磚、石沉井，混凝土沉井，鋼筋混凝土沉井和鋼沉井等。木沉井用木材較多，現(xiàn)很少采用。磚、石沉井過去多用于中小橋梁?，F(xiàn)在常用的是鋼筋混凝土沉井，或底節(jié)為鋼筋混凝土，上節(jié)為混凝土的沉井。鋼沉井多用于大型工程浮運的沉井。

沉井的井壁可作成豎直形、臺階形或斜坡形。斜坡形雖可減少周圍的摩阻力，但下沉過程中容易傾斜；臺階形便于加高井壁。沉井的內(nèi)部可根據(jù)需要作隔墻，劃分成幾個取土井，但取土井必須對稱設(shè)置，以利均衡挖土或糾正偏斜；取土井尺寸，須能容納機械挖土斗自由上下。如中國九江長江大橋采用圓沉井，直徑20米，內(nèi)設(shè)9個井孔，中孔直徑5.5米，8個邊孔直徑3.8米；日本本（州）四（國）聯(lián)絡(luò)橋的南北備贊瀨戶橋7A號墩沉井，橋軸方向長75米，橫跨方向59米，高55米，中間設(shè)縱橫向隔墻，是當前世界大型沉井之一。

分排水和不排水下沉兩種，在軟弱土層中須采用不排水下沉，以防涌砂和外周邊土坍陷，造成沉井傾斜及位移，必要時采取井內(nèi)水位略高于井外水位的施工方法。出土機械可使用抓土斗、空氣吸泥機、水力吸泥機等。近代各國發(fā)展用錨樁及千斤頂將沉井壓下的方法。此外，還有用大直徑鉆機在井底鉆挖的方法，如日本在圓形沉井內(nèi)采用臂式旋轉(zhuǎn)鉆機，在硬粘土層內(nèi)開挖，直徑可達11米，由沉井外的電視機反映操作情況及下沉速度。

沉井到達設(shè)計標高后，一般用水下混凝土封底。井孔是否填充，應(yīng)根據(jù)受力或穩(wěn)定要求決定，可填砂石或混凝土，但在低于凍結(jié)線0.25米以上的部分,應(yīng)用混凝土或圬工填實。沉井基礎(chǔ)的最后一道工序是灌筑頂蓋。

根據(jù)要求的下沉深度和減少下沉阻力的方法，沉井法分為普通沉井法、震動沉井法和壁后泥漿淹水沉井法等三種：

豎井沉井法掘進普通沉并法

人工挖土門沉井靠自重下沉，井底工作面挖超前降水井。采用這種方法下沉深度小，容易涌砂冒泥和出現(xiàn)井筒偏斜。因此不適用于涌水大的流砂層。

豎井沉井法掘進震動沉井法

在沉井壁上部安裝帶有震動機的井帽，帶動并筒震動促使井壁周圍土壤液化，加大下沉的速度和深度。由于動力加載，遇有卵礫石地層時井壁容易斷裂。加大沉井荷載的方法，還有附加荷重法和千斤頂頂進法，在不穩(wěn)定的淺表土層中這兩種方法曾得到較廣泛應(yīng)用。

豎井沉井法掘進壁后泥漿淹水沉井法

在沉井內(nèi)充滿水以平衡井內(nèi)外的水壓差，用來防止沉井過程中涌砂冒泥。在沉并壁后空間內(nèi)充填觸變泥漿，起到維護土層的穩(wěn)定和減少下沉摩擦阻力。淹水沉井的破土方法有：水槍破土、鉆機破土和抓斗破土。用壓氣和提升抓斗排除土碴。水槍破土是借高壓水射流破壞土層。鉆機破土是借助鉆具的重量插人上層將其切割成碎塊，泥碴經(jīng)鉆桿排至地表，此法可連續(xù)鉆進破土，效率高。抓斗即是破土機具也是排碴機具。使破土與排碴結(jié)合，效率高，適用于穿過軟土層、卵石層和砂層的淺沉井中 。2100433B

中文名稱

壓氣沉井法

英文名稱

pneumatic caisson method

定　　義

在沉井下部構(gòu)筑無底腔室，并充入壓縮空氣，以杜絕下沉時涌沙冒泥的沉井法。

應(yīng)用學科

煤炭科技（一級學科），礦井建設(shè)（二級學科），井巷掘進（三級學科）

在沉井內(nèi)灌滿水，使沉井內(nèi)外水、土壓力（壓強）平衡，以防止涌沙冒泥事故的沉井法。

是立井井筒 表土段特殊法施工中沉井法的一種，它適用于涌水量大，表土層及流砂層較厚的不穩(wěn)定含水層地層。屬于超前支護的一種，是目前礦山立井井筒施工中普遍采用的施工技術(shù)方法。2100433B